CN102062795A - 处理具有与温度有关的欧姆阻抗的测量元件的所测量欧姆阻抗的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于处理具有与温度有关的欧姆阻抗的测量元件的、尤其是能斯特探测器的所测量的阻抗R(t)的方法，其中在时刻t_x测量测量元件的欧姆阻抗R(t_x)，并且在所测量的欧姆阻抗R(t_x)的测量时刻t_x，从围绕测量元件的气体的至少一个物理和/或化学参数中确定根据修正因数K_λ的修正因数K_λ(t_x)，这些修正因数K_λ对于围绕测量元件的气体的至少一个物理和/或化学参数的不同的值被预先确定，其中根据方程R_korr(t_x)＝R(t_x)·K_λ(t_x)确定修正的阻抗值R_korr(t_x)。在此，与测量元件的至少一个物理和/或化学参数有关地确定测量元件的所测量的阻抗R_komp(t_x)的另外的修正。

Description

处理具有与温度有关的欧姆阻抗的测量元件的所测量欧姆阻抗的方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的方法，该方法用于处理具有与温度有关的欧姆阻抗的测量元件、尤其是能斯特(Nernst)探测器的所测量的欧姆阻抗R(t)，其中在时刻t_x测量该测量元件的欧姆阻抗R(t_x)，并且在测量所测量的欧姆阻抗R(t_x)的测量时刻t_x，从围绕测量元件的气体的至少一个物理和/或化学参数中确定根据修正系数K_λ的修正系数K_λ(t_x)，这些修正系数K_λ是对于围绕测量元件的气体的至少一个物理和/或化学参数的不同的值所预先确定的，其中根据以下的方程确定修正的阻抗值R_korr(t_x)

R_korr(t_x)＝R(t_x)·K_λ(t_x)。

本方法涉及对测量元件——例如按照能斯特原理的跃变Lambda探测器——的阻抗的测量。优选的应用情况是内燃机，在其排气设备中存在至少一个相应的跃变Lambda探测器，其中通过控制单元对跃变Lambda探测器进行控制和对信号进行测量。该控制单元例如集成在发动机控制设备中。

背景技术

为了满足对于允许的废气排放的法律规定，需要废气净化措施的高有效性。这些措施之一是尽可能准确地将废气成分调节为使得位于废气系统中的催化器尽可能高效地工作。为了在目前的三通道催化器中达到高的转换能力，给这些三通道催化器加注具有限定的废气成分的废气。该废气成分通过安装在催化器之前的Lambda探测器来调节。

在所采用的Lambda探测器中，主要区分两种不同的结构种类。宽带Lambda探测器能够在Lambda不等于1时也提供足够准确的信号。按照能斯特原理的跃变Lambda探测器比宽带Lambda探测器更便宜，但是仅在Lambda＝1附近的范围中以高精度提供可使用的测量值。问题在于，探测器输出的信号不仅与废气成分有关，而且也与探测器的温度有关。在根据现有技术公知的跃变Lambda探测器的实施中，由控制单元以规则的间隔确定测量元件的内阻。测量元件的该内阻与元件的温度在对数上成反比，如在图1中所示出的那样。在图1中，在横轴上描绘以℃为单位的跃变Lambda探测器的温度，并且在纵轴上描绘以欧姆为单位的跃变Lambda探测器的内阻。例如将内阻的值用于监视跃变Lambda探测器是否在特定的温度范围中。如果情况不是这样，则生成维护信号。从US 5129258中公知，以此方式通过测量内阻来推断探测器处的废气温度。

从DE 10036129A1中公知，从内阻推断跃变Lambda探测器的温度，并且利用该信息对所测量信号进行修正。此外，例如从DE 10036129A1中公知，将跃变Lambda探测器的加热控制为使得与探测器温度有关的阻抗值采取预先确定的目标值，即将探测器调节到预先确定的温度上。

在以前所说明的方法中要注意的是，所测量的阻抗值与测量元件(跃变Lambda探测器)的温度的准确相关性在不同的环境条件下不是必然一致的。如从图1中可看出的那样，所测量的值与废气的Lambda值有关，这通过两条曲线示出，其中上方的曲线示出在富含油脂的混合物情况下内阻与温度有关的变化曲线，而下方的曲线示出在含油脂少的混合物情况下内阻与温度有关的变化曲线。这里通常只继续处理来自预先给定的混合物范围中的所测量的值。但是，这限制了有效测量的频率。替代地，如从一般性的EP 1028244A1中所公知的那样，通过对所测量的值施加以与Lambda有关的修正值来修正混合物成分的影响。

但是，如图2所示出的那样，还存在对于内阻和温度之间的关联的其它影响因素。在图2中，在横轴上描绘以℃为单位的跃变Lambda探测器的温度，而在纵轴上描绘以欧姆为单位的跃变Lambda探测器的内阻。具有实线的曲线表明内阻关于温度的变化曲线。废气Lambda值的之前所说明的影响实际上不是恒定的，而是附加地与测量元件的活性有关，即例如与测量元件的老化状况有关。这在图2中以虚线曲线示出，其中从具有实线的曲线出发，得出在测量元件的不同老化状况下的相应改变的测量值。这用双箭头来表明。此外，不仅废气Lambda值的影响与老化有关，而且经过Lambda修正的内阻值也经受老化，即在同一温度下在那里测量的内阻通常随着老化程度的增加而提高。这在图2中通过从具有实线的曲线出发得出的点状曲线来示出，如用箭头指向点状线所示出的那样。因此，仅仅用与Lambda有关的修正值进行的修正尤其不考虑测量元件的老化。

此外，内阻附加地与测量元件的透彻加热具有相关性，该测量元件具有传感器元件和传感器体。由于从传感器元件向传感器体的散热，在过渡区域中产生较低的温度。但是由于在整个元件的跨度上测量内阻，所以根据传感器体是凉的还是热的，在相同温度下在传感器元件的上部区域中产生内阻的不同的值，但是该值对在元件尖端上的信号相关的温度没有影响。这在图3中示出，图3示出在恒定的传感器元件温度下的内阻，其中在横轴上描绘以℃为单位的“Hex温度”(传感器体的温度)，而在纵轴上描绘以欧姆为单位的所测量的阻抗值R(t_x)。因此，在不对此进行补偿的情况下不能从内阻中计算出确切的绝对温度。

发明内容

本发明所基于的任务在于，在所测量的阻抗值R(t_x)与具有与温度有关的欧姆内阻的测量元件的实际温度之间建立更准确的关联。

根据本发明通过具有权利要求1所表明特征的上述方式的方法解决该任务。在其它的权利要求中说明本发明的有利的扩展方案。

为此，在上述方式的方法中根据本发明设置，与测量元件的至少一个物理和/或化学参数有关地确定对测量元件的所测量欧姆阻抗R(t_x)的另外的修正。

这所具有的优点是，可以修正测量元件的在不同边界条件下所测量的阻抗值并且可以将其换算成绝对温度。尤其是在跃变Lambda探测器的情况下，可以将所有所测量的阻抗值而不只是根据边界条件的有限范围所测量的那些阻抗值用于绝对温度的准确确定。

为了修正被废气环绕冲刷的测量元件的所测量的欧姆阻抗R(t_x)，围绕测量元件的气体的至少一个物理和/或化学参数包括燃料/空气比的Lambda值λ。

通过用测量元件本身来确定Lambda值，实现了对测量元件的所测量的欧姆阻抗的特别简单并同时准确的修正。

例如，围绕测量元件的气体是内燃机的废气。

通过测量元件的至少一个物理和/或化学参数包括同一测量元件的老化，实现了对测量元件的欧姆阻抗值的特别准确的确定。

通过测量元件的至少一个物理和/或化学参数包括测量元件的探测器体的温度，实现了对确定测量元件的欧姆阻抗值的精度的进一步改善。

为了修正测量元件的透彻加热的影响，保存如下曲线，所述曲线包含测量元件的所测量欧姆阻抗与测量元件的探测器体温度之间的关系的特性曲线。借助于根据探测器体温度的特性曲线，确定测量元件的所测量的欧姆阻抗或对于该欧姆阻抗的修正。例如从测量元件的温度模型中或者从测量元件的构件的所确定的、尤其是所测量的温度中确定探测器体的温度，尤其是测量元件的六角形的温度。

通过如下方式实现混合物影响与测量元件的阻抗值的匹配：在第一时刻t₁用第一修正因数K_λ(t₁)确定所测量的第一欧姆阻抗R(t₁)并且在第二时刻t₂用第二修正因数K_λ(t₁)确定第二欧姆阻抗R(t₂)，其中时刻t₁和t₂被选择为使得在两个时刻t₁和t₂存在测量元件的基本上相同的温度和围绕测量元件的气体的至少一个物理和/或化学参数的不同的值，其中根据以下方程来确定匹配值AW

$\mathrm{AW}=\frac{R\left(t_1\right)-R\left(t_2\right)}{[R\left(t_2\right)\·(K_{\mathrm{\λ}}\left(t_2\right)-1)-R\left(t_1\right)\·(K_{\mathrm{\λ}}\left(t_1\right)-1)]}.$

借助于该匹配值AW根据以下方程来确定补偿的阻抗值R_komp(t_x)

R_komp(t_x)＝R(t_x)+AW·(R_korr(t_x)-R(t_x))。

通过从至少两个所确定的匹配值AW中计算出平均值并且将该平均值作为新的匹配值AW_平均用于进一步的计算，实现了均衡的和准确的匹配。

为了准确确定测量元件的瞬时温度，从修正的阻抗值R_korr(t_x)或补偿的阻抗值R_komp(t_x)中以及从温度值和阻抗值的预先确定的分配中确定测量元件的针对修正的阻抗值R_korr(t_x)或针对补偿的阻抗值R_komp(t_x)的温度T(t_x)。

为了检测和修正测量元件在老化情况下的阻抗值的基本的、有时已补偿的特性的改变，确定测量元件的模拟的温度，并且与存在至少一个预先确定条件有关地将模拟的温度分配给计算出的修正的阻抗值R_krr(t_x)或补偿的阻抗值R_komp(t_x)。

通过以下方式实现以进一步改善的精度对所测量的阻抗值的另外的修正：借助修正值将测量元件的阻抗值的所保存的基本特性匹配为使得所计算的修正的阻抗值R_korr(t_x)或补偿的阻抗值R_komp(t_x)在换算到温度T(t_x)时得出模拟的温度。

通过以下方式实现与模拟温度的特别好的平衡：至少一个预先确定的条件包括以下条件——在气体的至少一个物理和/或化学参数的、尤其是Lambda值的预先确定的值域中检测所测量的阻抗值R(t_x)。

通过以下方式实现与模拟温度的进一步改善的平衡：至少一个预先确定的条件包括以下条件——在测量元件的至少一个物理和/或化学参数的预先确定的值域中、尤其是在测量元件的探测器体的温度的预先确定的值域中检测所测量的阻抗值R(t_x)。

通过以下方式实现通过选择性地取消混合物修正来简化本方法：在气体的至少一个物理和/或化学参数的、尤其是Lambda值的预先确定的值域中检测所测量的阻抗值R(t_x)。

通过以下方式实现通过选择性地取消探测器体温度修正来进一步简化本方法：在测量元件的至少一个物理和/或化学参数的预先确定的值域中、尤其是在测量元件的探测器体的温度的预先确定的值域中检测所测量的阻抗值R(t_x)。

附图说明

以下借助附图详细阐述本发明。

图1示出在围绕测量元件的气体的不同Lambda值的情况下，具有与温度有关的欧姆内阻的测量元件的内阻的示图，

图2示出在测量元件的不同老化状况下具有与温度有关的欧姆内阻的测量元件的内阻与温度的关系的示图，

图3示出在测量元件的传感器元件的温度恒定并且测量元件的传感器体的温度不同的情况下下，具有与温度有关的欧姆内阻的测量元件的内阻的示图，

图4示出修正值与测量元件的电压的关系的示图，该电压是围绕测量元件的气体的Lambda值的度量。

具体实施方式

以下借助内燃机排气设备的根据能斯特原理的跃变Lambda探测器来阐述本发明方法。但是这仅仅是示例性的。以下的所有论述类似地适用于具有与温度有关的欧姆阻抗的每个测量元件。

跃变Lambda探测器，以下简称“探测器”，部分地由在内燃机排气设备中的废气环绕冲刷。在测量探测器在时刻t_x的阻抗值R(t_x)时，同时确定在测量阻抗值R(t_x)的时刻t_x废气的表示燃料/空气比的Lambda值λ(t_x)。优选用探测器本身进行Lambda值λ(t_x)的该确定。从Lambda值λ(t_x)中确定修正因数K_λ(t_x)，并借助该修正系数根据以下方程计算出修正的阻抗值R_korr(t_x)

R_korr(t_x)＝R(t_x)·K_λ(t_x)    (1)。

对于探测器，Lambda值λ的影响之前已被确定并且被作为修正值K_λ(t_x)保存在特性曲线中。该特性曲线与此对应地对于每个Lambda值λ包含一个修正值K_λ。在此，优选不采用电动化计算出的Lambda值λ，而是直接采用探测器的信号，即由探测器测量的Lambda值λ。通过应用修正值K_λ的这种特性曲线，在特定温度下与废气混合物状态无关地总是得出同一个修正的阻抗值R_korr(t_x)。图4中示出这样的特性曲线的示例。在横轴10上描绘分别表示环绕冲刷探测器的废气的特定Lambda值λ的探测器电压。在纵轴12上描绘修正值K_λ。特性曲线14表明修正值K_λ关于废气的Lambda值λ的分布。用22表示含油脂少的混合物范围，并且用24表示富含油脂的混合物范围。

为了附加地检测之前所阐述的特性曲线14的老化引起的变化，测量两个不同的阻抗值R(t₁)和R(t₂)。这两个测量在时间上迅速地在预先给定的时间段内相继实施，以便可以假设在两个测量中探测器温度相同。此外，时刻t₁和t₂被选择为使得探测器的信号对于两个测量的Lambda值λ至少相差达预先确定的度量，以至于所述测量之一在具有空气过剩的混合物的情况下进行，而所述测量中的另一个在具有空气不足的混合物的情况下进行。现在，从两个测量中可以确定匹配值AW。在优选的实施方式中，通过以下的方程执行对混合物影响的由老化引起的变化的补偿

R_komp(t_x)＝R(t_x)+AW·(R_korr(t_x)-R(t_x))    (2)。

通过将(1)代入(2)中获得了以下的方程

R_komp(t_x)＝R(t_x)[(K_λ(t_x)-1·AW+1]    (3)。

对于两个之前提及的测量，现在必然有以下方程适用。

R_komp(t₁)＝R_komp(t₂)    (4)

通过将(2)或(3)代入(4)中得出以下的方程。

R(t₁)+AW·(R_korr(t₁)-R(t₁)＝R(t₂)+AW·(R_korr(t₂)-R(t₂))    (5)

R(t₁)[(K_λ(t₁)-1·AW+1]＝R(t₁)[(K_λ(t₁)-1·AW+1]           (6)

通过方程(6)的相应的调整，得出匹配值AW的以下的计算公式。

$\mathrm{AW}=\frac{R\left(t_1\right)-R\left(t_2\right)}{[R\left(t_2\right)\·(K_{\mathrm{\λ}}\left(t_2\right)-1)-R\left(t_1\right)\·(K_{\mathrm{\λ}}\left(t_1\right)-1)]}---\left(7\right)$

优选使这样构成的所确定的匹配值形成平均值。

探测器包括探测器体和探测器元件。为了附加的探测器体温度修正，采取如下做法。修正探测器的透彻加热的影响，其方式是确定在图3中所示出的特性并将该特性保存在特性曲线中。在图3中，在横轴16上以℃为单位描绘探测器体的温度(“Hex温度”)，并且在纵轴18上以欧姆为单位描绘在探测器元件的恒定温度下所测量的阻抗值R(t_x)。特性曲线20示出，在探测器元件的恒定温度下所测量的阻抗值R(t_x)关于探测器体温度的分布。确定代表性的探测器体温度。在优选的实施方式中，为了确定代表性的探测器体温度，采用传感器的温度模型。此外，在优选的实施方式中，将探测器的所确定的六角形温度用作为代表性的探测器体温度。

对于老化修正，采取如下的做法。为了在老化时检测和修正所测量阻抗值R(t_x)(内阻)的基本的、有时已经混合物修正的特性的改变，将传感器元件的模拟的温度用作为参考。还限定了条件，在所述条件存在时假设模拟的传感器元件温度具有高精度。如果存在这些条件，则将模拟的元件温度分配给所测量的阻抗值R(t_x)的当前值。在优选的实施方式中，借助修正值如此来匹配传感器的所测量阻抗值R(t_x)的所保存的基本特性，使得从当前所测量的阻抗值R(t_x)中得出当前的模拟的传感器元件温度。在优选的实施方式中，借助传感器的温度模型确定传感器元件温度。在另一实施方式中，将传感器的传感器体温度修正的阻抗值用于该平衡。在另一实施方式中，将传感器的混合物修正的和探测器体温度修正的阻抗值用于该平衡。在另一实施方式中，仅用位于混合物的特定Lambda范围或信号范围中的内阻值来实施平衡，使得可以舍弃混合物修正。在另一实施方式中，仅用在传感器体温度的特定范围中已确定的传感器的阻抗值来实施平衡，使得可以舍弃探测器体温度修正。

通过应用所说明的修正方法，从现在开始可将传感器的所有测量的阻抗值(内阻值)换算成具体的绝对传感器元件温度。在另一应用中，将该用之前提到的三种修正方法中的至少一种修整方法从内阻中计算出的传感器元件温度用于将探测器调节到预先限定的目标温度上。为此，将目标温度与从修正的内阻中计算出的传感器元件温度之间的差值用于对传感器的加热元件施加相应的调节，该调节将元件温度尽可能准确地保持在目标温度上。这优选以封闭的调节回路来实现。

附图标记列表

10横轴：探测器电压

12纵轴：修正值K_λ

14K_λ关于探测器电压变化的特性曲线

16横轴：探测器体的以℃为单位的温度(“Hex温度”)

18纵轴：在探测器元件的恒定温度下，以欧姆为单位的所测量的阻抗值R(t_x)

20特性曲线：在探测器元件的恒定温度下，所测量的阻抗值R(t_x)关于探测器体温度的分布

22含油脂少的混合物范围

24富含油脂的混合物范围

Claims (22)

1.用于处理具有与温度有关的欧姆阻抗的测量元件、尤其是能斯特探测器的所测量的欧姆阻抗R(t)的方法，其中在时刻t_x对测量元件的欧姆阻抗R(t_x)进行测量，并且在所测量的欧姆阻抗R(t_x)的测量时刻t_x，从围绕测量元件的气体的至少一个物理和/或化学参数中确定来自修正因数K_λ的修正因数K_λ(t_x)，这些修正因数K_λ对于围绕测量元件的气体的至少一个物理和/或化学参数的不同的值被预先确定，其中根据以下方程确定修正的阻抗值R_korr(t_x)

R_korr(t_x)＝R(t_x)·K_λ(t_x)，

其特征在于，与测量元件的至少一个物理和/或化学参数有关地确定测量元件的所测量的欧姆阻抗值R(t_x)的另外的修正。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，围绕测量元件的气体的至少一个物理和/或化学参数包括燃料/空气比的Lambda值。

3.按照权利要求2的方法，其特征在于，用测量元件本身确定Lambda值。

4.按照以上权利要求中的至少一项的方法，其特征在于，围绕测量元件的气体是内燃机的废气。

5.按照以上权利要求中的至少一项的方法，其特征在于，测量元件的至少一个物理和/或化学参数包括同一测量元件的老化。

6.按照以上权利要求中的至少一项的方法，其特征在于，测量元件的至少一个物理和/或化学参数包括测量元件的探测器体的温度。

7.按照权利要求6的方法，其特征在于，保存包含测量元件的所测量欧姆阻抗与测量元件的探测器体温度的关系的特性曲线。

8.按照权利要求7的方法，其特征在于，借助所述特性曲线，从探测器体的温度中确定测量元件的所测量的欧姆阻抗或对该欧姆阻抗的修正。

9.按照权利要求8的方法，其特征在于，从测量元件的温度模型中或从测量元件的构件的所确定的、尤其是所测量的温度中，确定探测器体的温度，尤其是测量元件的六边形的温度。

10.按照以上权利要求中的至少一项的方法，其特征在于，在第一时刻t₁用第一修正因数K_λ(t₁)确定所测量的第一欧姆阻抗R(t₁)，并且在第二时刻t₂用第二修正因数K_λ(t₁)确定第二欧姆阻抗R(t₂)，其中，将时刻t₁和t₂选择为使得在两个时刻t₁和t₂存在测量元件的基本上相同的温度和围绕测量元件的气体的至少一个物理和/或化学参数的不同的值，其中根据以下方程确定匹配值AW

$\mathrm{AW}=\frac{R\left(t_1\right)-R\left(t_2\right)}{[R\left(t_2\right)\·(K_{\mathrm{\λ}}\left(t_2\right)-1)-R\left(t_1\right)\·(K_{\mathrm{\λ}}\left(t_1\right)-1)]}.$

11.按照权利要求10的方法，其特征在于，从至少两个确定的匹配值AW中计算出平均值，并将该平均值作为新的匹配值AW_平均用于进一步的计算。

12.按照权利要求10或11的方法，其特征在于，根据以下方程确定补偿的阻抗值R_komp(t_x)

R_komp(t_x)＝R(t_x)+AW·(R_korr(t_x)-R(t_x))。

13.按照权利要求1至11中的至少一项的方法，其特征在于，从修正的阻抗值R_korr(t_x)中以及从温度值和阻抗值的预先确定的分配中，确定测量元件对于修正的阻抗值R_korr(t_x)的温度T(t_x)。

14.按照权利要求12的方法，其特征在于，从补偿的阻抗值R_komp(t_x)中以及从温度值的和阻抗值的预先确定的分配中，确定测量元件对于补偿的阻抗值R_komp(t_x)的温度T(t_x)。

15.按照权利要求1至11或13中的至少一项的方法，其特征在于，确定测量元件的模拟的温度，并且与存在至少一个预先确定的条件有关地将模拟的温度分配给所计算的修正的阻抗值R_korr(t_x)。

16.按照权利要求12或14的方法，其特征在于，确定测量元件的模拟的温度，并且与存在至少一个预先确定的条件有关地将模拟的温度分配给所计算的补偿的阻抗值R_komp(t_x)。

17.按照权利要求13和15的方法，其特征在于，借助修正值如此匹配测量元件的阻抗值的所保存的基本特性，使得所计算的修正的阻抗值R_korr(t_x)在换算成温度T(t_x)时得出模拟的温度。

18.按照权利要求14和16的方法，其特征在于，借助修正值如此匹配测量元件的阻抗值的所保存的基本特性，使得所计算的补偿的阻抗值R_komp(t_x)在换算成温度T(t_x)时得出模拟的温度。

19.按照权利要求15至18中的至少一项的方法，其特征在于，所述至少一个预先确定的条件包括如下条件：在气体的至少一个物理和/或化学参数的、尤其是Lambda值的预先确定的值域中确定所测量的阻抗值R(t_x)。

20.按照权利要求15至19中的至少一项的方法，其特征在于，所述至少一个预先确定的条件包括如下条件：在测量元件的至少一个物理和/或化学参数的预先确定的值域中，尤其是在测量元件的探测器体的温度的预先确定的值域中，检测所测量的阻抗值R(t_x)。

21.按照权利要求1至18中的至少一项的方法，其特征在于，在气体的至少一个物理和/或化学参数的、尤其是Lambda值的预先确定的值域中检测所测量的阻抗值R(t_x)。

22.按照权利要求1至18中的至少一项的方法，其特征在于，在测量元件的至少一个物理和/或化学参数的预先确定的值域中，尤其是在测量元件的探测器体的温度的预先确定的值域中，检测所测量的阻抗值R(t_x)。

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